基于GSFLOW的镜湖湿地地表水-地下水耦合数值模拟

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湿地作为一种长期存在、有着丰富水资源的自然生态系统,往往与区域地下水含水层水文有直接联系。湿地中多年植物生长沉积形成的独特海绵状土壤层,具有透水性好、下渗能力强的特点。为了真实、客观地反映湿地海绵层对湿地地表水与地下水交互作用的影响,需要对湿地地表水-地下水开展耦合模拟。目前国内外有较多地表水-地下水耦合模型,其中GSFLOW可以揭示地表入渗过程以及饱和带和非饱和带的交互作用,能较好地模拟湿地地表水与地下水交互过程。因此,本文基于GSFLOW的开展湿地地表水-地下水耦合数值模拟,拟通过研究解决湿地片流和海绵层的准确模拟问题。绍兴市镜湖国家城市湿地公园位于萧绍曹运河水系,区域内河网密布,地表水-地下水相互作用及水量交换作用显著。本文在分析绍兴镜湖湿地自然地理状况、气象水文条件等基础上,考虑湿地独特的海绵层,通过二维扩散方程模拟湿地片流、一维圣维南方程模拟湿地明渠流,使用竖管法测量湿地海绵层渗透系数,基于GSFLOW模型构建了湿地地表水-地下水耦合模型,并运用模拟区监测数据对模型模拟结果进行了验证。主要研究内容及成果如下:(1)搜集整理研究区湿地数字高程模型(DEM)、土壤类型、土地利用、气象、水文等数据,并利用Arc GIS对上述数据做多种处理和格式化,构建了镜湖湿地GSFLOW模型基础数据库,为后续湿地地表水-地下水耦合模型建立提供了基础。(2)基于湿地DEM划分子流域,结合其他属性数据生成水文响应单元(HRU)和有限差分网格,设置边界条件,建立了镜湖湿地地表水-地下水耦合模型;并利用实测数据对模型进行调参、校准与验证;结果表明本文所建立模型的N-S相关系数R~2=0.783,具有较好精度。(3)基于构建的湿地地表水-与地下水耦合模型长时间序列模拟结果,分析了研究区域水均衡关系及湿地地表水-地下水相互作用规律;通过饱和带补给量、河流补给含水层水量等主要水文通量,揭示了湿地地表水-地下水相互作用的空间变化特征和时间变化规律;结果表明湿地水资源通过地表径流和降雨得到补给,以蒸散发和地表径流排泄。本文构建的湿地地表水-地下水耦合模型能较为真实地反映湿地水文特性,可靠性较好,对湿地水文分析具有一定的参考价值。
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